DDS設(shè)計試驗報告

1、DDS設(shè)計實驗報告實驗名稱：直接數(shù)字頻率合成器指導(dǎo)老師：花漢兵，姜萍姓名：陳維兵學(xué)號：114108000808院系：能源與動力工程學(xué)院目錄目錄1摘要2正文1、 設(shè)計內(nèi)容3.2、 設(shè)計原理3.3、 設(shè)計要求5.4、 設(shè)計思路以及部分電路圖6.5、 實驗感想1.6六、參考書目.16摘要本文介紹的是數(shù)字頻率合成器(DDS)的設(shè)計以及其附加功能的拓展，附加功能有雙通道顯示、多波形顯示、輸出頻率測量，另外，本文還介紹了一些在原有數(shù)字頻率合成器的基礎(chǔ)上做一些改進的想法和思路，雖然有的想法并沒有實施，但是，作為一種參考也未嘗不可。希望本文對讀者有所幫助。關(guān)鍵字：數(shù)字頻率合成，附加功能，改進想法Abstrac

2、tThepageintroducesthedesignoftheDirectDigitalFrequencySynthesizer,whichshortsforDDS,andothernewmoreadditionsofit,theadditionsincludesdouble-rowsvision,wave-patternsvision,measuringoftheoutputfrequency,what'msore,thispageintroducesmanymorethoughtsofimprovingthesystemwhichhasbeenmade,eventhoughthe

3、thoughtshavenotbeenapplied,stilltheyaregoodreferencesforweandyou.Wishingithelpfultoyou.Keywords:DDS，additionofthesystem，improvingthoughts設(shè)計內(nèi)容設(shè)計一個頻率及相位均可控制的具有正弦和余弦輸出的直接數(shù)字頻率合成器(DirectDigitalFrequencySynthesizer簡稱DDFS或DDS)。:、設(shè)計原理(1)、概念直接數(shù)字頻率合成器(DirectDigitalFrequencySynthesizer)是種基于全數(shù)字技術(shù)，從相位概念出發(fā)直接合成所需波

4、形的一種頻率合成技術(shù)。(2)、DDS的組成及工作原理頻率預(yù)置與Kv-N位-JL波形S(n>D/As(U低通調(diào)節(jié)電路?存皤器D位轉(zhuǎn)換器濡波熱h頻率預(yù)置與調(diào)節(jié)電路作用：實現(xiàn)頻率控制量的輸入;不變量K被稱為相位增量，也叫頻率控制字相位量化序列可位累加器頻率控制字加法器一心位-寄存器N位X-相位累加器的組成二N位加法器+N位寄存器相位累加器的作用：在時鐘的作用下，進行相位累加注意：當(dāng)相位累加器累加滿量時就會產(chǎn)生一次溢出，完成一個周期性的動作。DDS的輸出頻率為：fo=fcK/2NDDS輸出的最低頻率：K=1時，fc/2NDDS輸出的最高頻率：Nyquist采樣定理決定，即f/2,K的最大值為2N

5、-1結(jié)論：只要N足夠大，DDS可以得到很細(xì)的頻率間隔。要改變DDS的輸出頻率，只要改變頻率控制字K即可。D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器的作用：把已經(jīng)合成的正弦波的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。ISin(t)+低通濾波器D/A轉(zhuǎn)換器的作用：濾除生成的階梯形正弦波中的高頻成分，將其變成光滑的正弦波。Sin(t)Sin (t)頻率和相位均可控制的具有正弦和余弦輸出的DDS核心單元電路示意圖如下圖所示余ERO?相位累加君加法署 asaiTi12位循位寄存N4位相應(yīng)控制學(xué)P正弦R0.親弦歧而話輸出至WA (1)基難時鐘fu壬蘢迫皿為數(shù)值給比至WA(2)三、設(shè)計要求(1)、基本要求1利用Quartusll軟件和Smart

6、SOPC實驗箱實現(xiàn)DDS的設(shè)計；2、DDS中的波形存儲器模塊用Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片中的RAM實現(xiàn)，RAM結(jié)構(gòu)配置成212X10類型；3、具體參數(shù)要求：頻率控制字K取4位；基準(zhǔn)頻率fc=1MHz,由實驗板上的系統(tǒng)時鐘分頻得到；4、系統(tǒng)具有使能功能；5、利用實驗箱上的D/A轉(zhuǎn)換器件將ROM輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，能夠通過示波器觀察到正弦波形；6、通過開關(guān)(實驗箱上的Ki)輸入DDS的頻率和相位控制字，并能用示波器觀察加以驗證；(2)、部分提高要求1、通過按鍵(實驗箱上的S)輸入DDS的頻率和相位控制字，以擴大頻率控制和相位控制的范圍；(注意：按鍵后有消顫電路)2、

7、能夠同時輸出正余弦兩路正交信號；3、在數(shù)碼管上顯示生成的波形頻率;4、充分考慮ROM結(jié)構(gòu)及正弦函數(shù)的特點，進行合理的配置，提高計算精5、設(shè)計能輸出多種波形(三角波、鋸齒波、方波等)的多功能波形發(fā)生器;6、基于DDS的AM調(diào)制器的設(shè)計；7、自己添加其他功能。四、設(shè)計思路以及部分電路圖(1)總體電路圖波形仿真圖(2)基準(zhǔn)時鐘頻率的提供我的目的是利用分頻器將電源給出的48MHz頻率分成800KHz的基準(zhǔn)時鐘輸入，這就需要有60分頻的分頻器，60=2*2*3*5,所以51D.0 tl&530 01 rts57D. 0D zI550.D uI可以由兩個2分頻器、一個3分頻器、一個5分頻器級聯(lián)而成

8、。Vd-LLI 趙 K7O.國D ps*0CLK3ftn5分頻電路:fiSEd-.：1 堅二二aLiTHT j 樂 nName(J PS1X0CLK110Sfeii!B 0190.0 nsn510. 0 RE530.0 ns550 0 皿STO.p DE590. tLrLrnrn(3)加法器電路改變頻率控制字K3、K2、K1、K0,則會使得顯示波形的頻率發(fā)生改變，由輸出頻率公式fo=fcK/2N得，相位控制字K越大，則輸出頻率即波形頻率會越大，這里我們需要四個開關(guān)分別作為輸入，在改進的辦法里，我們可以用一個四位二進制加法器作為輸入，這樣開關(guān)數(shù)可以由四個減少為一個，另外由此進行推廣，可以設(shè)計出更

9、高的輸出頻率，只需要改變加法器的個數(shù)即可，如I-11-1-'-:10,所以可以用兩個十進制加法器設(shè)計出一個可以得到一百種輸出頻率的輸出波形S11.O是輸入的頻率控制字經(jīng)過累加器后的輸出，相位寄存器的輸出與相位控制字相加則形成了相位控制，并且相位寄存器的輸出也得作為累加器的另一個輸入，才能形成頻率控制(5)相位控制字利用一個加法器的計數(shù)保持功能可以實現(xiàn)僅由一個開關(guān)控制四位相位控制字，控制開關(guān)置為0時，相位控制字保持，相位不變；當(dāng)控制開關(guān)置1時，加法器開始計數(shù)，從00001111,相位也從015tt71一直變化到，平均每計數(shù)一次變化1-，計數(shù)滿一個周期以后又開始重復(fù)以上步驟，計數(shù)頻率為1H

10、z，由48MHz分頻得到。(6) ROM的制作利用VC程序生成可執(zhí)行文件，并用其生成mif格式的文件。Sin.mif制作程序如下：#include”stdafx.h”#include”math.h”Intmain(intargc,char*argv)inti;doubles;for(i=0;i<4096;i+)s=sin(atan(1)*8*i/4096);printf(“d:%X;,i,(int)(s+1)*1023/2)return0;后用Dos命令生成mif文件DEPTH=4096;WIDTH=10;ADDRESS_RADIX=HEX;DATA_RADIX=HEX;CONTENTB

11、EGIN0:1ff;1:200;2:201;3:201;4:202;5:203;6:204;7:204;8:205;9:206;a:207;b:208;c:208;d:209;e:20a;f:20b;10:20c;11:20c;12:20d;13:20e;14:20f;15:20f;16:210;17:211;18:212;19:213;1a:213;1b:214;1c:215;1d:216;1e:217;1f:217;20:218;進而有ROM如下:Ipmoirdaddress11.01H>cbckq9-onin(7)附加之測頻顯示測頻顯示原理圖測頻原理波形圖a，測頻電路如卜.:Tms

12、:F-礙匕dJJK-laaJM1BHIMb、譯碼電路如下n:c、顯示電路:(8)雙通道顯示(正弦與余弦)n原理：只利用sin一種ROM,余弦可以看成正弦相移二得到的所以使用兩個sinROM可以實現(xiàn)雙通道顯示軟件仿真波形:雙通道顯示波形(9)多波形顯示(正弦、余弦、方波、三角波)原理：利用一個集成的ROM,將原先的多個ROM集成在里面，通過開關(guān)進行選擇，每次選擇一個ROM,這個集成的ROM取代上面雙通道的余弦顯示，每次都會顯示正弦與一個其他波形lpm_muxOdata3x9.0result9 .0data2x9.0data1x9,0data0x9.,0instl3LpelU.O其中，sel1.0

13、為ROM選擇控制字，可以由兩個外接開關(guān)控制fii 195.313HII1A m i方波與正弦波i T. b iiruii三角波與正弦波正弦波與余弦波(10)精度的提高同精度的波提高系統(tǒng)的精度一方面可以理解成用更少的數(shù)據(jù)采樣點獲得相形顯示，也可以理解成用同樣的數(shù)據(jù)采樣點獲得精確度更高的波形顯示，這里我們?nèi)∏罢?。由正弦波的周期?nèi)的對稱性可以知道，一半的波形可以由另一半的波形翻轉(zhuǎn)平移得到，進而可以縮減到四分之一個周期，目前，我只做了半周期復(fù)原正弦波的精度提高這里用到的ROM為s2:s2address1O.Oq9-0一In五、實驗感想雖然實驗并不算很成功，但是我從中學(xué)到了很多，并且也思考了很多，比如說在思考如何提高精度的時候，我由正弦與余弦的波形圖上發(fā)現(xiàn)只需要一定的相位偏移便可以構(gòu)造出一個新的波形，于是我開71始嘗試用半周期波形去還原完整周期波形：先翻轉(zhuǎn)再相移一，我正一步步的接近屬